精馏塔温度控制仿真设计毕业设计论文(编辑修改稿)

精馏塔温度控制仿真设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

............................ 27 第一节 系统仿真技术的概述 ................................................................................................ 27 第二节 MATALAB 简介 ........................................................................................................ 27 第三节 SIMULINK 的简介 .................................................................................................... 28 第四节 使用 MATLAB 对实验结果进行仿真 ...................................................................... 29 结 论 ............................................................................................................................................ 34 致 谢 ............................................................................................................................................ 35 参考文献 ........................................................................................................................................ 36 附 录 ............................................................................................................................................ 38 一、英文原文 ............................................................................................................................ 38 二、英文翻译 ............................................................................................................................ 41 重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 1 前 言 现代工业高速运转 ， 塔设备的也不断出现和更新换代，过去的许多塔设备在控制方面达不到要求而被淘汰。 在对塔设备控制中，温度是一个最重要的过程变量，可以说是精馏塔生产的命脉所在。 可是，用寻常的温度控制的方法，受潜力所限，已经不能满足现代工业生产的高性能需求。 人们开始用串级控制对温度进行控制，不仅具有控制简单、方便、灵活性大等优点，且可以大幅度提高被测量温度的要求指标，从而能够大大提高产品的 数量和质量，使得企业不被高速发展的工业时代所淘汰。 70 年代以来，在工业生产过程的推动下 ， 随着电子技术领域飞速发展，以及自动控制理论和设计方法不断成熟的背景推动下，精馏塔对的温度控制正在逐渐趋于成熟化发展，且在智能化方面也取得了一定的成果。 在此领域中日 本， 美国等国家的技术处于领先位置，他们已经率先生产出了一些高精度且产品质量很好的温度控制产品 ， 已经被广泛的运用到了人们的日常生活中了。 串级温度控制系统的诞生，为现代工业注入了新鲜的血液。 对此，选择精馏塔温度控制系统仿真设计作为设计题目，有着实在的意义。 与石油 化工、食品生产、日常生活以及对环境保护都有着密切的关系。 精馏塔温度控制采用一种高精度的、能耗小且简便的温度控制系统将会给工业生产和环境保护带来巨大的价值。 经过这次设计能使本人对精馏塔温度控制系统有初步的了解，为将来工作奠定一定的基础。 近几年，国内外都对精馏塔温度控制系统进行了大量的研究，在各国都对精馏塔温度控制方面投入了大量研究的经费。 精馏塔温度控制已经被列为未来对精馏塔控制领域的几大研究方向之一 ， 具有广阔的市场前景。 重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 2 第一章 绪 论 第一节 课题研究的背景和意义 精馏 是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业生产中运用的最广的液体混合物分离的方法，主要用于石油、化工、轻丁、食品、冶金等部门。 精馏按照操作方法的不同进行分类。 根据操作方法，可分为连续精馏和间歇精馏这两种。 根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏 ； 根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏 （ 包括萃取精馏、恒沸精馏和加精馏 ） 根据塔内气液接触部件的结构型式，可将塔设备分为两大类 ： 板式塔和填料塔板式塔 ， 塔内沿塔高装有若干层塔板，相邻两板有一定的间隔距离。 塔内气、液两相在 塔板上互相接触，进行传热和传质，属于逐级接触式塔设备。 填料塔 ： 塔内装有填料，气液两相在被润湿的填料表面进行传热和传质，属于连续接触式塔设备。 若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。 原理双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。 典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。 精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝，部分凝液作为回流液返回塔顶，其余馏出液是塔顶产品。 位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。 进料加在塔的中部进料中的液体和上塔段来的 液体一起沿塔下降进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升，在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。 液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。 对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。 进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段。 两段操作的结合，使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。 当使 n 组分混合液较完全地分离而取得 n 个高纯度 单组分产品时，需要有n1 个塔。 因为对回流技术的运用使液体混合物精馏更加完全，得到质量更高的产品。 塔底高浓度且难挥发的蒸汽和塔顶高浓度易挥发的液体可以通过回流的方式返回到蒸馏塔中。 这样在塔的两端就可以分别得到十分纯净的单组分产品，因为逆流接触的气液两相形成了汽液回流。 回流比是塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量的比值 [16]。 精馏操作一个非常重要的重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 3 控制参数就包含的有回流比，因为回流比变化直接的影响了精馏操作的分离效果和精馏塔的能耗。 精馏操作包含了几个重要的指标它们分别是： ① 产品的纯度。 在板式塔中的塔板数或者是 填充塔填料层的高度，还有就是料液加入的位子和回流比等，对产品的纯度都有一定的影响。 精馏塔精馏操作中用来控制产品质量最主要的方法之一就是对回流比的调节。 ② 组分回收率。 它的定义为产品中组分的含有量与液料中的组分含量的比值 [15]。 ③ 操作的总费用。 它包含了冷凝器的冷却费用、再沸器的加热费用以及设备的维修费，因为生产过程中回流比是不确定的，这导致了前面两相的费用也会随之变动。 除此之外，即使是使用相同的加热量和冷却量，加热和冷却的费用都是不一样的，它们的费用随着沸腾温度和冷凝温度的变化二变化，特别值得注意的是当不使用 水蒸汽作为加热剂或者不能使用空气或者冷却水为冷却剂的时候，这两项花费的钱会变得非常的多。 如果选择操作的压力适当时，有可能避免使用高温加热剂或者低温冷却剂（或冷却剂），但是增加了加压或抽真空的操作费用。 加热回流装置主要应用在冷凝回流，在有机制备中用得较为广泛，如有机物的提纯、蒸馏、以及水与可溶杂质的分离（制各蒸馏水）等等。 其原理是利用它们的沸点不同可以使液态物质分离，而且，在制备有机物的过程中，可以减少易挥发反应物质的损 失，从而提高产率。 欧美对回流方面的控制技术是远远领先与我们国家 ，“ 点位控制 ” 和寻常的 PID控制是我国现阶段应用比较多的产品，但是 “ 点位控制 ” 和 寻 常 的 PID 控制只适合一些寻常性质系统过程的控制，但是对于复杂 、 滞后以及时变过程系统的控制达到要求都很困难。 然而，对于智能化、自适应控制方面等高要求控制技术还是达不到标准。 在国外对于仪表控制参数的自整定技术成熟产品已经很多了，但是由于其技术的保密性，以及我国开发的滞后性，因此我国还没有开发出性能比较稳定的软件。 因此，智能化、人性化以及高精度的过程控制系统是国内外发展的方向。 在金属冶炼、食品等领域回流控制技术有着非常广的应用。 如工作繁琐、运行惯性大、不 确定的参数以及控制滞后等都是回流控制特点。 因此，这也导致在选择控制调节器时要求非常苛刻。 如今，在我们国家石油化工企业存在着很多问题，比如控制精度不够高、塔顶温度控制偏差大，在工艺方面也达不到标准，导致了设备的运行成本费变高、资源浪费以及产品的质量达不到要求，影响了企业的生产量，降低企业的收益。 在电力、化工、机械制造、冶金以及食品加工等领域中温度是一个非常常见的一个控制指标之一。 因为人们需要对各类反应炉、热处理炉、加热炉以及锅炉的炉温进行检测以及控制。 但是由于工况复杂、运行惯性大、参数多变、控制滞后等特点， 导致对控制调节重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 4 器的要求也极为苛刻。 如今在计算机飞速发展和自动化控制系统发展的推动下， PID 控制已经成为运用最多的调节控制规律。 温度控制系的发展已经可以用迅猛来形容了，并且在智能化、参数自整定等方面面已经有了很好的成绩。 温度控制系统拥有很多特点 ： ① 适应受控系统过程复杂、参数时变的控制系统； ② 自适应、智能化、参数自整定等力一面取得了卓越的成绩； ③ 适应大滞后、大惯性等复杂的过程控制系统； ④ 计算机 软件技术方面的应用，对，对控制参数和特性进行自动整定。 它能够根据历史记录和控制对象的变化，自动调整相关参数，达到了控制效果的最优化； ⑤ 控制系统多数采用自校正控制、自适应控制、模糊控制、人工智能等技术； ⑥ 控制系统既有控制精度高、鲁棒性好、抗干扰能力强的特点。 现如今控制系统正向着小型化、智能化以及高精度等领域飞速的发展。 如今，国际上许多企业对温度控制器进行了更加深入、广泛的研究，尤其是在现代计算机技术得到飞速发展的前提下，而且对温度控制器的研究已经取 得了十分满意的成果，如智能化 PID、自适应控制、模糊控制，使其达到了性能优越、控制效果好，已经在各种温度控制系统和石油化工部门等相关设备的拉术改造中推广了。 第二节 精馏塔控制的现状 一、 精馏塔国内发展现状 一个国家在工业发面的水平和国防方面的实力与这个国家的化工生产方面水平是积极相关的。 在化工产业里面精馏塔有着举足轻重的作用，而我国精馏塔等设备的改造技术有很多性能和质量很好的新型板式塔已经成功的运用，比如由锦西炼油化工总厂分别与石油大学和华东理工大学一起研发的 SUPERRRV1浮阀塔板装备与浮阀 塔 板装备的精馏塔 ， 都是在原来已经成熟技术上进行了更加深入的研究成果。 但是根据中国的实际情况，与欧美的发达国家相比我国的塔设备的建造发展起步比较晚、质量也达不到标准、技术也比较落后，因此我们要加快发展步伐，尽快赶上欧美等发达国家。 二、 国外精馏塔及其技术的发展现状 因为国外的精馏塔及其技术起步早于我国，所以在技术方面领先与我国，国外的技术成熟。 近些年在国外出现了一批新型的板式塔，比如美国联合碳化物公司林德子公司主打的林德筛板和日本三井造船公司的垂直筛板， STONEWEBSTER改善研发的波纹筛板，和重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 5 瑞士 KUHN1公司的 SLIT筛板以及 NUTTER工程公司的专利产品 V型栅板等。 板设备作为重要的传热和传质设备之一，板设备在各种分离过程中利用的比较多，对分离过程有着举足轻重的作用。 板式塔技术的发展方向是研发新型的塔内件，所以研发新型的传质设备势在必行。 新型的传质设备必须具备传质效率高、压降小以及通量大等特点。 国外出现的分隔壁精馏塔（简称 DWC）是一种全热耦合的蒸馏塔，它具有能耗低，投资少的优点。 早在 1933年， Luster因裂解气分离提出了 DWC的概念，并且申请了专利。 最简单的隔板是在普通的精馏塔中放入一块隔板， 这就相当于拥有了两个精馏塔，所以这样在最大的程度上利用了能量，减少了能量。 研究员提出当代工业产业的发展除了依靠传统化的工业技术外，还需要依靠计算机技术寻找一个给予理论的工业设计和开发创新的。